JPH0994955A - インクジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータ及びその製造方法 - Google Patents
インクジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータ及びその製造方法Info
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- JPH0994955A JPH0994955A JP25292695A JP25292695A JPH0994955A JP H0994955 A JPH0994955 A JP H0994955A JP 25292695 A JP25292695 A JP 25292695A JP 25292695 A JP25292695 A JP 25292695A JP H0994955 A JPH0994955 A JP H0994955A
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- piezoelectric actuator
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡略な構造で印字品位のばらつきが少なく、集
積化が可能でかつ生産性の高いインクジェット記録ヘッ
ド用のアクチュエータ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】本発明のインクジェット記録ヘッド用圧電
アクチュエータは、シリコン基板の裏面をエッチングす
ることにより形成される互いに隔離したマトリクス状の
シリコンダイヤフラムと、前記シリコン基板表面の前記
シリコンダイヤフラム上に配置される圧電体とを備え、
前記各圧電体はシリコン基板と接する面に共通電極を有
し、他方の面に信号電極を有することを特徴とする。
積化が可能でかつ生産性の高いインクジェット記録ヘッ
ド用のアクチュエータ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】本発明のインクジェット記録ヘッド用圧電
アクチュエータは、シリコン基板の裏面をエッチングす
ることにより形成される互いに隔離したマトリクス状の
シリコンダイヤフラムと、前記シリコン基板表面の前記
シリコンダイヤフラム上に配置される圧電体とを備え、
前記各圧電体はシリコン基板と接する面に共通電極を有
し、他方の面に信号電極を有することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録ヘッドに用いられる圧電アクチュエータに関する。
録ヘッドに用いられる圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】ワードプロセッサ、パーソナルコンピュ
ータ等の電子機器の出力装置としてプリンタがあり、こ
のプリンタの一つにインクジェットプリンタがある。
ータ等の電子機器の出力装置としてプリンタがあり、こ
のプリンタの一つにインクジェットプリンタがある。
【０００３】インクジェットプリンタに用いられるヘッ
ドは、ヘッド内のインク室に圧力を与えることでインク
室に連通したノズルからインクを吐出させている。この
インク室に圧力を与える手段として圧電アクチュエータ
が用いられる。
ドは、ヘッド内のインク室に圧力を与えることでインク
室に連通したノズルからインクを吐出させている。この
インク室に圧力を与える手段として圧電アクチュエータ
が用いられる。
【０００４】図１４は、特開平３−２４３３５８号に開
示された従来のこの種の圧電アクチュエータの斜視図を
示すものである。同図において、基板２１上に複数の溝
２２を隔てて、板状の圧電素子を複数枚積層してなる圧
電ブロック２３が設けられている。圧電ブロック２３の
上面には信号電極２４が形成されており、圧電ブロック
２３の下面には図示しない共通電極（例えばアース電
極）が形成されている。
示された従来のこの種の圧電アクチュエータの斜視図を
示すものである。同図において、基板２１上に複数の溝
２２を隔てて、板状の圧電素子を複数枚積層してなる圧
電ブロック２３が設けられている。圧電ブロック２３の
上面には信号電極２４が形成されており、圧電ブロック
２３の下面には図示しない共通電極（例えばアース電
極）が形成されている。
【０００５】このような圧電ブロックは次のような概略
製造工程で製造される。まず、圧電体セラミックスのグ
リーンシートにスクリーン印刷法にて電極パターンを形
成し、これを多数枚圧着した後、内部に電極を含ませた
ままセラミックスと同時に焼結する。次に、縦方向の溝
を切削加工にて形成し、その側面に無電解メッキ法にて
表面電極を形成する。最後に先の縦方向の溝と交差する
よう横方向に溝を形成すると各圧電ブロックが完成す
る。
製造工程で製造される。まず、圧電体セラミックスのグ
リーンシートにスクリーン印刷法にて電極パターンを形
成し、これを多数枚圧着した後、内部に電極を含ませた
ままセラミックスと同時に焼結する。次に、縦方向の溝
を切削加工にて形成し、その側面に無電解メッキ法にて
表面電極を形成する。最後に先の縦方向の溝と交差する
よう横方向に溝を形成すると各圧電ブロックが完成す
る。
【０００６】圧電ブロック２３は図１４の矢印方向に分
極されており、各電極に印加される電圧に応答して上方
に変位する。この変位を利用して図示しない振動板を介
してインク室を圧迫することにより、インクがノズルよ
り吐出し用紙に印字される。
極されており、各電極に印加される電圧に応答して上方
に変位する。この変位を利用して図示しない振動板を介
してインク室を圧迫することにより、インクがノズルよ
り吐出し用紙に印字される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような構成による
と、圧電ブロック間のクロストークが防止でき、集積化
が可能なためノズルの高密度化が可能となり、マトリク
ス駆動できるためドライバの簡素化が可能になるという
効果がある。
と、圧電ブロック間のクロストークが防止でき、集積化
が可能なためノズルの高密度化が可能となり、マトリク
ス駆動できるためドライバの簡素化が可能になるという
効果がある。
【０００８】しかしながら、ここでのアクチュエータは
積層型の圧電素子を加工して作製しており、圧電体と電
極パターンの組み合わせが複雑になるという問題点も有
する。また、製造工程において焼結や切削加工が用いら
れており、集積化のため圧電ブロックを微細化した際、
電極パターンや圧電ブロックサイズにばらつきを生じや
すく、印字品位のばらつきの原因になるという問題点を
有する。また、機械的な製作工程が多いため、生産性が
よくないという問題点も有する。
積層型の圧電素子を加工して作製しており、圧電体と電
極パターンの組み合わせが複雑になるという問題点も有
する。また、製造工程において焼結や切削加工が用いら
れており、集積化のため圧電ブロックを微細化した際、
電極パターンや圧電ブロックサイズにばらつきを生じや
すく、印字品位のばらつきの原因になるという問題点を
有する。また、機械的な製作工程が多いため、生産性が
よくないという問題点も有する。
【０００９】本発明ではこれらの問題点に鑑み、簡略な
構造で印字品位のばらつきが少なく、集積化が可能でか
つ生産性の高いインクジェット記録ヘッド用のアクチュ
エータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
構造で印字品位のばらつきが少なく、集積化が可能でか
つ生産性の高いインクジェット記録ヘッド用のアクチュ
エータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明のインクジェット記録ヘッド用アクチュエータ
は、裏面をエッチングすることにより形成される互いに
隔離したマトリクス状のシリコンダイヤフラムを有する
シリコン基板と、該シリコン基板表面の前記シリコンダ
イヤフラム上に配置される圧電体とを備え、前記各圧電
体はシリコン基板と接する面に共通電極を有し、他方の
面に信号電極を有することを特徴とする。
め本発明のインクジェット記録ヘッド用アクチュエータ
は、裏面をエッチングすることにより形成される互いに
隔離したマトリクス状のシリコンダイヤフラムを有する
シリコン基板と、該シリコン基板表面の前記シリコンダ
イヤフラム上に配置される圧電体とを備え、前記各圧電
体はシリコン基板と接する面に共通電極を有し、他方の
面に信号電極を有することを特徴とする。
【００１１】また、互いに隔離してマトリクス状に配置
される貫通口を有するシリコン基板と、該シリコン基板
表面の前記貫通口の位置に配置される圧電体と、前記シ
リコン基板の裏面全体に前記貫通口及び圧電体と接する
よう形成される金属膜とを備え、前記各圧電体はシリコ
ン基板と接する面に共通電極を有し、他方の面に信号電
極を有することを特徴とする。
される貫通口を有するシリコン基板と、該シリコン基板
表面の前記貫通口の位置に配置される圧電体と、前記シ
リコン基板の裏面全体に前記貫通口及び圧電体と接する
よう形成される金属膜とを備え、前記各圧電体はシリコ
ン基板と接する面に共通電極を有し、他方の面に信号電
極を有することを特徴とする。
【００１２】また、前記圧電アクチュエータにおいて、
圧電体の平面形状が、鋭角が７０乃至７２°の平行四辺
形であることを特徴とする。
圧電体の平面形状が、鋭角が７０乃至７２°の平行四辺
形であることを特徴とする。
【００１３】また、前記シリコンダイヤフラムを有する
圧電アクチュエータの製造方法は、単結晶シリコンダイ
ヤフラム上に、結晶性を有する圧電体を薄膜プロセスに
より形成することを特徴とする。
圧電アクチュエータの製造方法は、単結晶シリコンダイ
ヤフラム上に、結晶性を有する圧電体を薄膜プロセスに
より形成することを特徴とする。
【００１４】また、前記金属膜を有する圧電アクチュエ
ータの製造方法は、単結晶シリコンダイヤフラム上に、
結晶性を有する圧電体を薄膜プロセスにより形成し、前
記シリコンダイヤフラムを除去後、シリコン基板の裏面
全体に金属膜を電気メッキ法により形成することを特徴
とする。
ータの製造方法は、単結晶シリコンダイヤフラム上に、
結晶性を有する圧電体を薄膜プロセスにより形成し、前
記シリコンダイヤフラムを除去後、シリコン基板の裏面
全体に金属膜を電気メッキ法により形成することを特徴
とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるインクジェッ
ト記録ヘッド用アクチュエータを図を用いて詳細に説明
する。
ト記録ヘッド用アクチュエータを図を用いて詳細に説明
する。
【００１６】図１は、本発明によるインクジェット記録
ヘッド用アクチュエータを表すものである。基板１は結
晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板で、オリエン
テーションフラット（ＯＦ）は（１１１）である。図に
示すように、基板１上に圧電体２をそれぞれ隔離して配
置することにより、圧電アクチュエータブロック３が形
成される。基板１上に該圧電ブロック３を多数形成する
ことにより、１枚のシリコン基板よりアクチュエータが
一度に多数生産できるため、大量生産が可能である。こ
れらの各圧電アクチュエータを図示しないインク室の側
壁の一部とし、インク室に連通するノズルを設けること
により、インクジェット記録ヘッドが構成される。
ヘッド用アクチュエータを表すものである。基板１は結
晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板で、オリエン
テーションフラット（ＯＦ）は（１１１）である。図に
示すように、基板１上に圧電体２をそれぞれ隔離して配
置することにより、圧電アクチュエータブロック３が形
成される。基板１上に該圧電ブロック３を多数形成する
ことにより、１枚のシリコン基板よりアクチュエータが
一度に多数生産できるため、大量生産が可能である。こ
れらの各圧電アクチュエータを図示しないインク室の側
壁の一部とし、インク室に連通するノズルを設けること
により、インクジェット記録ヘッドが構成される。
【００１７】図２は、図１に示す圧電アクチュエータの
Ａ−Ａ’線における断面図であり、第１の実施の形態を
表すものである。１はシリコン基板、２は圧電体、４は
シリコンダイヤフラム、５は異方性エッチングで形成し
た裏面のシリコン側溝、６は圧電素子の共通電極、７は
圧電素子の信号電極、８、９は熱酸化膜（ＳｉＯ2）で
ある。共通電極は接地され、信号電極は電源１０にスイ
ッチングできるようになっている。
Ａ−Ａ’線における断面図であり、第１の実施の形態を
表すものである。１はシリコン基板、２は圧電体、４は
シリコンダイヤフラム、５は異方性エッチングで形成し
た裏面のシリコン側溝、６は圧電素子の共通電極、７は
圧電素子の信号電極、８、９は熱酸化膜（ＳｉＯ2）で
ある。共通電極は接地され、信号電極は電源１０にスイ
ッチングできるようになっている。
【００１８】この圧電アクチュエータの通電時の状態を
図３に示す。電圧の印加により圧電体２は縦方向に変位
する。シリコンは剛性の大きい材料であるので圧電材料
と接合された場合、図３に示すように圧電体の変位に伴
いたわみを生じ、ユニモルフ型のアクチュエータとして
の働きを示す。この変位によりインク室を圧迫し、イン
クをノズルから噴出させて用紙への印字を行う。
図３に示す。電圧の印加により圧電体２は縦方向に変位
する。シリコンは剛性の大きい材料であるので圧電材料
と接合された場合、図３に示すように圧電体の変位に伴
いたわみを生じ、ユニモルフ型のアクチュエータとして
の働きを示す。この変位によりインク室を圧迫し、イン
クをノズルから噴出させて用紙への印字を行う。
【００１９】図４は、圧電体２の平面図を表すものであ
る。図４に示すように、異方性エッチングによりできた
（１１０）単結晶シリコンの裏面の側溝の平面形状は、
最もエッチングレートの遅い（１１１）面が現れた、鋭
角が７０〜７２°である平行四辺形となる。よってその
上に形成する圧電体も、シリコン側溝の平面形状にそっ
た平行四辺形とするのが望ましい。
る。図４に示すように、異方性エッチングによりできた
（１１０）単結晶シリコンの裏面の側溝の平面形状は、
最もエッチングレートの遅い（１１１）面が現れた、鋭
角が７０〜７２°である平行四辺形となる。よってその
上に形成する圧電体も、シリコン側溝の平面形状にそっ
た平行四辺形とするのが望ましい。
【００２０】次に本実施の形態のアクチュエータの製造
方法について図５を用いて説明する。まず図５（ａ）に
示すように、面方位（１００）の単結晶シリコン基板１
を熱酸化し、基板の表裏に熱酸化膜８、９を形成する。
方法について図５を用いて説明する。まず図５（ａ）に
示すように、面方位（１００）の単結晶シリコン基板１
を熱酸化し、基板の表裏に熱酸化膜８、９を形成する。
【００２１】次に図５（ｂ）に示すように、フォトリソ
グラフィとエッチング法を用いて基板裏面の熱酸化膜９
にシリコン異方性エッチング用のマスク開口を形成し、
その熱酸化膜パターンをマスクとして裏のシリコン側溝
５とシリコンダイヤフラム４を形成する。シリコンダイ
ヤフラムの厚さは、変位をすることから５〜３０μｍが
望ましい。
グラフィとエッチング法を用いて基板裏面の熱酸化膜９
にシリコン異方性エッチング用のマスク開口を形成し、
その熱酸化膜パターンをマスクとして裏のシリコン側溝
５とシリコンダイヤフラム４を形成する。シリコンダイ
ヤフラムの厚さは、変位をすることから５〜３０μｍが
望ましい。
【００２２】次に図５（ｃ）に示すように、Ｐｔ等圧電
材料と反応しにくい金属で共通電極６を形成する。薄膜
プロセスで作製される圧電材料においては、優れた圧電
定数を得るために結晶方位を（１００）、（１１１）等
ある一定方位にそろえる必要がある。それには圧電材料
の下地となる共通電極６の結晶方位をそろえる必要があ
り、非晶質である熱酸化膜８の上に結晶性のある金属膜
を得るためには、Ｐｔであれば４５０℃以上の高温プロ
セスを用いてｒｆスパッタ法等で成膜する。電極材料の
膜厚は、抵抗等の関係から０．１〜１μｍが望ましい。
材料と反応しにくい金属で共通電極６を形成する。薄膜
プロセスで作製される圧電材料においては、優れた圧電
定数を得るために結晶方位を（１００）、（１１１）等
ある一定方位にそろえる必要がある。それには圧電材料
の下地となる共通電極６の結晶方位をそろえる必要があ
り、非晶質である熱酸化膜８の上に結晶性のある金属膜
を得るためには、Ｐｔであれば４５０℃以上の高温プロ
セスを用いてｒｆスパッタ法等で成膜する。電極材料の
膜厚は、抵抗等の関係から０．１〜１μｍが望ましい。
【００２３】次に図５（ｄ）に示すように、ＰＺＴに代
表される圧電材料２’を前記共通電極６の上に高温のｒ
ｆスパッタ法等でエピタキシャル成長させて成膜する。
圧電材料２’の厚さは、変位をすることから５〜３０μ
ｍが望ましい。
表される圧電材料２’を前記共通電極６の上に高温のｒ
ｆスパッタ法等でエピタキシャル成長させて成膜する。
圧電材料２’の厚さは、変位をすることから５〜３０μ
ｍが望ましい。
【００２４】次に図５（ｅ）に示すように、Ｐｔ等圧電
材料と反応しにくい金属で信号電極７となる電極材料
７’をｒｆスパッタ法で成膜する。電極材料の膜厚は、
抵抗等の関係から０．１〜１μｍが望ましい。
材料と反応しにくい金属で信号電極７となる電極材料
７’をｒｆスパッタ法で成膜する。電極材料の膜厚は、
抵抗等の関係から０．１〜１μｍが望ましい。
【００２５】次に図５（ｆ）に示すように、フォトリソ
グラフィとイオンミリング法により、信号電極７を形成
する。
グラフィとイオンミリング法により、信号電極７を形成
する。
【００２６】最後に図５（ｇ）に示すように、先の信号
電極７をエッチングのマスクとして圧電材料がＰＺＴの
場合はＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥによりパターニング
し、アクチュエータを完成させる。このアクチュエータ
の圧電素子側にポリイミド樹脂等でインク室を形成し、
その上にノズルオリフィスを有するノズルプレートを接
着すれば、図６に示すインクジェットヘッドが形成され
る。また逆に、裏面のシリコン側溝５側をインク室と
し、その上にノズルプレートを接着する構成とすれば、
図７に示すようにさらにシンプルなインクジェットヘッ
ドが得られる。
電極７をエッチングのマスクとして圧電材料がＰＺＴの
場合はＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥによりパターニング
し、アクチュエータを完成させる。このアクチュエータ
の圧電素子側にポリイミド樹脂等でインク室を形成し、
その上にノズルオリフィスを有するノズルプレートを接
着すれば、図６に示すインクジェットヘッドが形成され
る。また逆に、裏面のシリコン側溝５側をインク室と
し、その上にノズルプレートを接着する構成とすれば、
図７に示すようにさらにシンプルなインクジェットヘッ
ドが得られる。
【００２７】次に図８は、本発明の第２の実施の形態を
説明するものであり、図１に示すアクチュエータのＡ−
Ａ’線における断面図である。１はシリコン基板、２は
圧電体、１１は異方性エッチングで形成した裏面のシリ
コン貫通口、８は熱酸化膜（ＳｉＯ2）、６はＰｔ等で
形成された圧電素子の共通電極、７はＰｔ等で形成され
た信号電極である。共通電極は接地され、信号電極は電
源１０にスイッチングできるようになっている。１２は
Ｎｉ等を電気メッキで形成するためのシード層、１３は
前記圧電体２と組み合わせてユニモルフを形成するため
の金属膜であり、Ｎｉ等の剛性の大きな材料を用いるこ
とが望ましい。
説明するものであり、図１に示すアクチュエータのＡ−
Ａ’線における断面図である。１はシリコン基板、２は
圧電体、１１は異方性エッチングで形成した裏面のシリ
コン貫通口、８は熱酸化膜（ＳｉＯ2）、６はＰｔ等で
形成された圧電素子の共通電極、７はＰｔ等で形成され
た信号電極である。共通電極は接地され、信号電極は電
源１０にスイッチングできるようになっている。１２は
Ｎｉ等を電気メッキで形成するためのシード層、１３は
前記圧電体２と組み合わせてユニモルフを形成するため
の金属膜であり、Ｎｉ等の剛性の大きな材料を用いるこ
とが望ましい。
【００２８】このアクチュエータの通電時の状態を図９
に示す。電圧の印加により圧電体２は縦方向に変位す
る。Ｎｉ等の金属膜は剛性の大きい材料であるので圧電
材料と接合された場合、図９に示すように圧電体の変位
に伴いたわみを生じ、ユニモルフ型のアクチュエータと
しての働きを示す。この変位によりインク室を圧迫し、
インクをノズルから噴出させて用紙への印字を行う。
に示す。電圧の印加により圧電体２は縦方向に変位す
る。Ｎｉ等の金属膜は剛性の大きい材料であるので圧電
材料と接合された場合、図９に示すように圧電体の変位
に伴いたわみを生じ、ユニモルフ型のアクチュエータと
しての働きを示す。この変位によりインク室を圧迫し、
インクをノズルから噴出させて用紙への印字を行う。
【００２９】図１０は、１つのアクチュエータブロック
の平面図である。図１０に示すように、（１００）単結
晶シリコンの異方性エッチングによりできた貫通口１１
の平面形状は、エッチングマスク１４の形状が長方形で
あっても、最もエッチングレートの遅い面である（１１
１）面が現れた、鋭角が７０〜７２°である平行四辺形
となる。したがって、その上に形成する圧電体２も、図
１１に示すようにシリコン貫通口の平面形状にそった平
行四辺形にするのが効率の面で望ましい。
の平面図である。図１０に示すように、（１００）単結
晶シリコンの異方性エッチングによりできた貫通口１１
の平面形状は、エッチングマスク１４の形状が長方形で
あっても、最もエッチングレートの遅い面である（１１
１）面が現れた、鋭角が７０〜７２°である平行四辺形
となる。したがって、その上に形成する圧電体２も、図
１１に示すようにシリコン貫通口の平面形状にそった平
行四辺形にするのが効率の面で望ましい。
【００３０】次に本実施の形態のアクチュエータの製造
方法について図１１を用いて説明する。まず図１１
（ａ）に示すように、面方位（１１０）の単結晶シリコ
ン基板１を熱酸化し、基板の表裏に熱酸化膜８、９を形
成する。続いてフォトリソグラフィとエッチング法を用
いて基板裏面の熱酸化膜９にシリコン異方性エッチング
用のマスク開口を形成し、その熱酸化膜パターンをマス
クとして、ＫＯＨ等のエッチング液を用いた異方性エッ
チング法にて、裏のシリコン側溝１１’を形成する。こ
の時点では、生産性の面から完全にシリコンをエッチン
グして貫通口とはせず、厚さ５〜３０μｍのシリコン１
２をダイヤフラム状に残す。
方法について図１１を用いて説明する。まず図１１
（ａ）に示すように、面方位（１１０）の単結晶シリコ
ン基板１を熱酸化し、基板の表裏に熱酸化膜８、９を形
成する。続いてフォトリソグラフィとエッチング法を用
いて基板裏面の熱酸化膜９にシリコン異方性エッチング
用のマスク開口を形成し、その熱酸化膜パターンをマス
クとして、ＫＯＨ等のエッチング液を用いた異方性エッ
チング法にて、裏のシリコン側溝１１’を形成する。こ
の時点では、生産性の面から完全にシリコンをエッチン
グして貫通口とはせず、厚さ５〜３０μｍのシリコン１
２をダイヤフラム状に残す。
【００３１】次に図１１（ｂ）に示すように、Ｐｔ等圧
電材料と反応しにくい共通電極６を形成する。薄膜プロ
セスで作製される圧電材料においては、優れた圧電定数
を得るために結晶方位を（１００）、（１１１）等のあ
る一定方位にそろえる必要がある。それには圧電材料の
下地となる共通電極６の結晶方位をそろえる必要があ
り、非晶質である熱酸化膜８の上に結晶性のある金属膜
を得るためには、Ｐｔ等であれば４５０℃以上の高温プ
ロセスを用いてｒｆスパッタ法等で成膜する。電極材料
の膜厚は、抵抗等の関係から０．１〜１μｍが望まし
い。
電材料と反応しにくい共通電極６を形成する。薄膜プロ
セスで作製される圧電材料においては、優れた圧電定数
を得るために結晶方位を（１００）、（１１１）等のあ
る一定方位にそろえる必要がある。それには圧電材料の
下地となる共通電極６の結晶方位をそろえる必要があ
り、非晶質である熱酸化膜８の上に結晶性のある金属膜
を得るためには、Ｐｔ等であれば４５０℃以上の高温プ
ロセスを用いてｒｆスパッタ法等で成膜する。電極材料
の膜厚は、抵抗等の関係から０．１〜１μｍが望まし
い。
【００３２】次に図１１（ｃ）に示すように、ＰＺＴに
代表される圧電材料２’を前記共通電極６の上に高温の
ｒｆスパッタ法等でエピタキシャル成長させて成膜す
る。圧電材料の厚さは、変位をすることから５〜３０μ
ｍが望ましい。続いて、ｒｆスパッタ法を用いて、Ｐｔ
等圧電材料と反応しにくい金属で信号電極７となる電極
材料７’を前記圧電材料２’上に成膜する。電極材料の
膜厚は、抵抗等の関係から０．１〜１μｍが望ましい。
代表される圧電材料２’を前記共通電極６の上に高温の
ｒｆスパッタ法等でエピタキシャル成長させて成膜す
る。圧電材料の厚さは、変位をすることから５〜３０μ
ｍが望ましい。続いて、ｒｆスパッタ法を用いて、Ｐｔ
等圧電材料と反応しにくい金属で信号電極７となる電極
材料７’を前記圧電材料２’上に成膜する。電極材料の
膜厚は、抵抗等の関係から０．１〜１μｍが望ましい。
【００３３】次に図１１（ｄ）に示すように、フォトリ
ソグラフィとイオンミリング法を用いて信号電極パター
ン７を形成する。その後、圧電材料がＰＺＴの場合はＣ
ＨＦ3ガスを用いたＲＩＥにより先の信号電極７をエッ
チングのマスクとして、圧電体２をパターニングする。
ソグラフィとイオンミリング法を用いて信号電極パター
ン７を形成する。その後、圧電材料がＰＺＴの場合はＣ
ＨＦ3ガスを用いたＲＩＥにより先の信号電極７をエッ
チングのマスクとして、圧電体２をパターニングする。
【００３４】次に図１１（ｅ）に示すように、図１１
（ａ）の段階で残しておいたダイヤフラム状のシリコン
部１２を、ＫＯＨ等のエッチング液を用いた異方性エッ
チングにより熱酸化膜（ＳｉＯ2）８を残して完全にエ
ッチング除去し、貫通口１１を形成する。
（ａ）の段階で残しておいたダイヤフラム状のシリコン
部１２を、ＫＯＨ等のエッチング液を用いた異方性エッ
チングにより熱酸化膜（ＳｉＯ2）８を残して完全にエ
ッチング除去し、貫通口１１を形成する。
【００３５】次に図１１（ｆ）に示すように、裏面のＳ
ｉＯ2９をフォトリソグラフィとエッチング法にて除去
する。ＳｉＯ2を除去するのは、図１０に示すＳｉの異
方性エッチングの際、長方形のエッチングマスク１４に
対し、アンダーカットが入った１４’に相当する部分の
ＳｉＯ2が後の工程において障害となるためである。
ｉＯ2９をフォトリソグラフィとエッチング法にて除去
する。ＳｉＯ2を除去するのは、図１０に示すＳｉの異
方性エッチングの際、長方形のエッチングマスク１４に
対し、アンダーカットが入った１４’に相当する部分の
ＳｉＯ2が後の工程において障害となるためである。
【００３６】続いて図１１（ｇ）に示すように、無電解
メッキ法にて、Ｎｉ等の電気メッキの下地層１２を形成
する。
メッキ法にて、Ｎｉ等の電気メッキの下地層１２を形成
する。
【００３７】最後に図１１（ｈ）に示すように、電気メ
ッキ法にてＮｉ等の金属膜１３を成膜し、アクチュエー
タを完成させる。金属膜１３の膜厚は、変位をすること
から５〜３０μｍが望ましい。このアクチュエータの圧
電素子側にポリイミド樹脂等でインク室を形成し、その
上にノズルオリフィスを有するノズルプレートを接着す
れば、図１２に示すインクジェットヘッドが形成され
る。また逆に、裏面のシリコン貫通口１１側をインク室
とし、その上にノズルプレートを接着する構成とすれ
ば、図１３に示すようにさらにシンプルなインクジェッ
トヘッドが得られる。
ッキ法にてＮｉ等の金属膜１３を成膜し、アクチュエー
タを完成させる。金属膜１３の膜厚は、変位をすること
から５〜３０μｍが望ましい。このアクチュエータの圧
電素子側にポリイミド樹脂等でインク室を形成し、その
上にノズルオリフィスを有するノズルプレートを接着す
れば、図１２に示すインクジェットヘッドが形成され
る。また逆に、裏面のシリコン貫通口１１側をインク室
とし、その上にノズルプレートを接着する構成とすれ
ば、図１３に示すようにさらにシンプルなインクジェッ
トヘッドが得られる。
【００３８】
【発明の効果】本発明のアクチュエータによれば、圧電
素子間のクロストークがなく、集積化が可能で、しかも
マトリクス駆動のできるシンプルで信頼性の高いアクチ
ュエータを得ることが出来る。また、各アクチュエータ
素子の平面形状を、シリコン基板の異方性エッチングに
よる開口の平面形状にそった鋭角が７０〜７２°をなす
平行四辺形とすることにより、効率がよくなり、さらに
集積化が可能となる。
素子間のクロストークがなく、集積化が可能で、しかも
マトリクス駆動のできるシンプルで信頼性の高いアクチ
ュエータを得ることが出来る。また、各アクチュエータ
素子の平面形状を、シリコン基板の異方性エッチングに
よる開口の平面形状にそった鋭角が７０〜７２°をなす
平行四辺形とすることにより、効率がよくなり、さらに
集積化が可能となる。
【００３９】また、圧電体を薄膜プロセスで作製するこ
とにより、精度の高いアクチュエータが得られ、また、
シリコン基板と併せてマイクロマシニング技術で作製す
ることが可能となるため、大量生産による生産性の向上
を図れる。
とにより、精度の高いアクチュエータが得られ、また、
シリコン基板と併せてマイクロマシニング技術で作製す
ることが可能となるため、大量生産による生産性の向上
を図れる。
【図１】本発明の圧電アクチュエータを表す図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の断面図であ
る。
る。
【図３】図２に示す圧電アクチュエータの通電時の状態
を表す図である。
を表す図である。
【図４】図２に示す圧電アクチュエータの圧電体の平面
図である。
図である。
【図５】図２に示す圧電アクチュエータの製造工程を説
明する図である。
明する図である。
【図６】図２に示す圧電アクチュエータを用いたインク
ジェット記録ヘッドを表す図である。
ジェット記録ヘッドを表す図である。
【図７】図２に示す圧電アクチュエータを用いたインク
ジェット記録ヘッドの別の例を表す図である。
ジェット記録ヘッドの別の例を表す図である。
【図８】本発明に係る第２実施の形態の断面図である。
【図９】図８に示す圧電アクチュエータの通電時の状態
を表す図である。
を表す図である。
【図１０】第２の実施例に係るアクチュエータブロック
の平面図である。
の平面図である。
【図１１】図８に示す圧電アクチュエータの製造工程を
説明する図である。
説明する図である。
【図１２】図８に示す圧電アクチュエータを用いたイン
クジェット記録ヘッドを表す図である。
クジェット記録ヘッドを表す図である。
【図１３】図８に示す圧電アクチュエータを用いたイン
クジェット記録ヘッドの別の例を表す図である。
クジェット記録ヘッドの別の例を表す図である。
【図１４】従来の圧電アクチュエータを表す図である。
１ 基板 ２ 圧電体 ３ 圧電ブロック ４ シリコンダイヤフラム ５ シリコン側溝 ６ 共通電極 ７ 信号電極 ８、９ 熱酸化膜 １０ 電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 恩田 裕 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 阿部 新吾 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 乾 哲也 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 裏面をエッチングすることにより形成さ
れる互いに隔離したマトリクス状のシリコンダイヤフラ
ムを有するシリコン基板と、該シリコン基板表面の前記
シリコンダイヤフラム上に配置される圧電体とを備え、
前記各圧電体はシリコン基板と接する面に共通電極を有
し、他方の面に信号電極を有することを特徴とするイン
クジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 互いに隔離してマトリクス状に配置され
る貫通口を有するシリコン基板と、該シリコン基板表面
の前記貫通口の位置に配置される圧電体と、前記シリコ
ン基板の裏面全体に前記貫通口及び圧電体と接するよう
形成される金属膜とを備え、前記各圧電体はシリコン基
板と接する面に共通電極を有し、他方の面に信号電極を
有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド用圧
電アクチュエータ。 - 【請求項３】 請求項１及び請求項２に記載の圧電アク
チュエータにおいて、圧電体の平面形状が、鋭角が７０
乃至７２°の平行四辺形であることを特徴とするインク
ジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータ。 - 【請求項４】 請求項１に記載の圧電アクチュエータに
おいて、単結晶シリコンダイヤフラム上に、結晶性を有
する圧電体を薄膜プロセスにより形成することを特徴と
するインクジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータの
製造方法。 - 【請求項５】 請求項２に記載の圧電アクチュエータに
おいて、単結晶シリコンダイヤフラム上に、結晶性を有
する圧電体を薄膜プロセスにより形成し、前記シリコン
ダイヤフラムを除去後、シリコン基板の裏面全体に金属
膜を電気メッキ法により形成することを特徴とするイン
クジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25292695A JP3192357B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | インクジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25292695A JP3192357B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | インクジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0994955A true JPH0994955A (ja) | 1997-04-08 |
| JP3192357B2 JP3192357B2 (ja) | 2001-07-23 |
Family
ID=17244096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25292695A Expired - Fee Related JP3192357B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | インクジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3192357B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6256849B1 (en) | 1998-02-19 | 2001-07-10 | Samsung Electro-Mechanics., Ltd. | Method for fabricating microactuator for inkjet head |
| JP2009101708A (ja) * | 2009-02-13 | 2009-05-14 | Brother Ind Ltd | インクジェット記録ヘッド |
| JP2011073226A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Fujifilm Corp | 液体吐出装置 |
| US8063543B2 (en) | 2006-12-22 | 2011-11-22 | Hitachi Cable, Ltd. | Piezoelectric thin film element including upper and lower electrodes, and an actuator and a sensor fabricated by using the same |
| US8118402B2 (en) | 2001-11-30 | 2012-02-21 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
| JP2016049639A (ja) * | 2014-08-28 | 2016-04-11 | 東芝テック株式会社 | 液滴噴射装置 |
-
1995
- 1995-09-29 JP JP25292695A patent/JP3192357B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6256849B1 (en) | 1998-02-19 | 2001-07-10 | Samsung Electro-Mechanics., Ltd. | Method for fabricating microactuator for inkjet head |
| US9718271B2 (en) | 2001-11-30 | 2017-08-01 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
| US8118402B2 (en) | 2001-11-30 | 2012-02-21 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
| US8393711B2 (en) | 2001-11-30 | 2013-03-12 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
| US8684496B2 (en) | 2001-11-30 | 2014-04-01 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
| US9114616B2 (en) | 2001-11-30 | 2015-08-25 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
| US9925774B2 (en) | 2001-11-30 | 2018-03-27 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
| US10357968B2 (en) | 2001-11-30 | 2019-07-23 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
| US10821730B2 (en) | 2001-11-30 | 2020-11-03 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
| US11305536B2 (en) | 2001-11-30 | 2022-04-19 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
| US8063543B2 (en) | 2006-12-22 | 2011-11-22 | Hitachi Cable, Ltd. | Piezoelectric thin film element including upper and lower electrodes, and an actuator and a sensor fabricated by using the same |
| JP2009101708A (ja) * | 2009-02-13 | 2009-05-14 | Brother Ind Ltd | インクジェット記録ヘッド |
| JP2011073226A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Fujifilm Corp | 液体吐出装置 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3192357B2 (ja) | 2001-07-23 |
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